[精华] socket编程原理

精华 编程原理

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

作者发表于：

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 编程原理

问题的引入

 系统的 ! 命令集，是从 "# 和早期系统中的命令演变出来的，其模式为打开一读

进行网络操作的两个进程钥纪 纪 同机器上，如何建立它们之间的联系？其次，网络协 

议存在多种，如何建立一种通用机制以支持多种协议？这些都是网络应用编程界面所要解

决的问题。

在  系统中，网络应用编程界面有两类： )*+ 的套接字（）和  *,-.

的 &。由于 * 公司采用了支持 &'(( 的  )*+ 操作系统，使 &'(( 的应用有更大的

发展，其网络应用编程界面──套接字（  ）在网络软件中被广泛应用 ，至今已引进

微机操作系统 +!* 和 /% 系统中，成为开发网络应用软件的强有力工具，本章将要详

细讨论这个问题。

套接字编程基本概念

钥纪 纪 始使用套接字编程之前，首先必须建立以下概念。 

进程间的相互通信问题（可把同机进程通信看作是其中的特例）。为此，首先要解决的是

网间进程标识问题。同一主机上，不同进程可用进程号（$+）唯一标识。但在网络

环境下，各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如，主机 2 赋于某进程号 ，

在 ) 机中也可以存在  号进程，因此，“ 号进程”这句话就没有意义了。

其次，操作系统支持的网络协议众多，不同协议的工作方式不同，地址格式也不同。因此

网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。

为了解决上述问题，&'(( 协议引入了下列几个概念。

端口

网络中可以被命名和寻址的通信端口，是操作系统可分配的一种资源。

按照 !* 七层协议的描述，传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信能

力。从这个意义上讲，网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了，还包括可以描述进程

的某种标识符。为此，&'(( 



协议提出了协议端口（ $$ ，简称端口）的概念，用 

收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。在 &'(( 协议的实现中，端靠纪 纪

类似于文件描述符，每个端口都拥有一个叫端口号（$-3$）的整数型标识符，用于

区别不同端口。由于 &'(( 

传输层的两个协议 

&'( 

和 

二者并不冲突。

端口号的分配是一个重要问题。有两种基本 分配方式：第一种叫全局分配，这是一种集中

控制方式，由一个公认的中央机构根据用户需要进行统一分配，并将结果公布于众。第二

种是本地分配，又称动态连接，即进程需要访问传输层服务时，向本地操作系统提出申请

起来（绑扎）。&'(( 端口号的分配中综合了上述两种方式。&'(( 将端口号分为两部分，

少量的作为保留端口，以全局方式分配给服务进程。因此，每一个标准服务器都拥有一个

网络通信中通信的两个进程分别钥纪 纪 同的机器上。在互连网络中，两台机器可能位 

涌纪 纪 同的网络，这些网络通过网络互连设备（网关，网桥，路由器等）连接。因此 

需要三级寻址：

某一主机可与多个网络相连，必须指定一特定网络地址；

网络上每一台主机应有其唯一的地址；

5每一主机上的每一进程应有在该主机上的唯一标识符。

通常主机地址由网络 + 和主机 + 组成，在 &'(( 协议中用 5 位整数值表示；&'( 和 +(

均使用 4 位端口号标识用户进程。

网络字节顺序

不同的计算机存放多字节值的顺序不同，有的机器在起始地址存放低位字节（低价先存）

有的存高位字节（高价先存）。为保证数据的正确性，在网络协议中须指定网络字节顺序

两个进程间的通信链路称为连接。连接在目纪 纪 表现为一些缓冲区和一组协议机制， 

半相关

（协议，本地地址，本地端口号）

这样一个三元组，叫做一个半相关（ 6# ），它指定连接的每半部分 。

全相关

合适的相关，或完全指定组成一连接。

服务方式

在网络分层结构中，各层之间是严格单向依赖的，各层次的分工和协作集中体现在相量纪

上层提供的一组操作。下层是服务提供者，上层是请求服务的用户。服务的表现形式是原

语（$-#7），如系统调用或库函数。系统调用是操作系统内核向网络应用程序或高层

协议提供的服务原语。网络中的  层总要向 8 层提供比  层更完备的服务，否则  层就

没有存在的价值。

在 !* 的术语中，网络层及其以下各层又称为通信子网，只提供点到点通信，没有程序或

进程的概念。而传输层实现的是“端到端”通信，引进网间进程通信概念，同时也要解决差

错控制，流量控制，数据排序（报文排序），连接管理等问题，为此提供不同的服务方式

面向连接（虚电路）或无连接

&'( 协议提供面向连接的虚电路。

立传送。无连接服务不能保证分组的先后顺序，不进行分组出错的恢复与重传，不保证传

输的可靠性。+( 协议提供无连接的数据报服务。

服务类型

服 务

例 子

面向连接

可靠的报文流

数字话音

无连接

不可靠的数据报

有确认的数据报

请求－应答

电子邮件（:-）

电子邮件中的挂号信

网络数据库查询

顺序

保证应用程序接收的数据无差错的一种机制。检查差错的方法一般是采用检验“检查和

（'-）”的方法。而保证传送无差错的方法是双方采用确认应答技术。&'( 协议提供

流控制

在数据传输过程中控制数据传输速率的一种机制，以保证数据不被丢失。 &'( 协议提供这

接收方要保存发送方的报文边界。+( 协议提供报文服务。

全双工半双工

端－端间数据同时以两个方向一个方向传送。